[대한민국 희망 프로젝트]<368>이차전지(배터리)

일상생활에서 쉽게 접하는 배터리는 시계·랜턴·TV리모컨에서 스마트폰·디지털 카메라·노트북, 심지어 자동차까지 여러 분야에 필수로 사용되고 있습니다. 이차전지는 한번 충전하면 버리는 일반 건전지(일차전지)와는 달리 충전을 통해 여러 번 사용할 수 있는 전지를 말합니다. 당장 주머니 속에 들어있는 스마트폰·게임기·전자사전·MP3 등에 담긴 모든 전지가 바로 이차전지입니다. 우리 생활에 유용하게 사용되는 이차전지 개념과 향후 발전할 수 있는 잠재 가치를 알아보도록 하겠습니다.

Q:이차전지가 뭔가요?

A:우리는 이제 배터리가 없는 생활을 상상할 수 없습니다. 휴대폰부터 탁상시계, TV리모컨 등 여러분 주위를 둘러보세요. 대부분의 물건이 배터리에 의해 움직이고 있습니다. 심지어 가스레인지와 자동차에도 배터리가 들어 있는 거 아나요? 영어로 배터리(Battery)는 ‘전지’라고도 하는데 물질들 사이의 화학반응을 이용해 전기에너지를 생산하는 원리입니다. 1800년 이탈리아 ‘알레산드로 볼트’가 발명했고 전압을 측정하는 단위인 볼트(Volt)는 이런 업적을 기려 그의 이름을 따서 지어진 것입니다. 전지는 용도, 재료 등에 따라 구분하기도 하고 재사용에 따라 구분하기도 합니다. TV리모컨에 들어가는 전지는 한번 사용하면 새 전지로 바꿔야 하는 반면에 휴대폰의 경우는 충전해서 또 사용합니다. 이렇게 다시 충전할 수 없는 경우 일차전지라고 하고, 충전해 반복 사용하는 건 이차전지(Rechargeable Battery)라고 부릅니다.

Q:이차전지는 어떻게 만들어지나요?

A:이차전지 내부는 크게 네 가지로 구성됩니다. 양극재와 음극재, 둘 사이에 리튬이온이라는 물질이 이동하는 것을 도와주는 전해질, 마지막으로 양극재와 음극재가 직접 닿지 않도록 하는 분리막입니다. 이차전지는 전기에너지를 담고 있습니다. 전기에너지는 음극에 있는 리튬이온이 양극으로 이동하면서 발생하고 리튬이온이 양극으로 모두 이동해 더 이상 전기가 생기지 않으면 충전을 해야 하는 원리입니다. 충전을 한다는 것은 외부 전기를 이용해 양극에 있는 리튬이온을 다시 음극으로 이동해 저장시키는 것을 말합니다.

Q:배터리가 폭발하는 등 위험하지는 않나요?

A:배터리는 전기에너지를 담고 있기 때문에 잘못 취급하면 평소보다 수십 배의 전류가 순간적으로 흐르면서 높은 열이 발생해 발화의 위험 원인이 될 수 있습니다. 따라서 배터리를 사용할 때는 다음과 같은 사항에 유의해야 합니다.

첫째 배터리에 구멍을 내거나, 애완견이 물어뜯거나, 주머니에 넣고 깔고 앉는 것처럼 배터리에 강한 충격과 압력이나 힘을 주면 안 됩니다. 둘째는 배터리를 소각하거나 가열하지 않아야 하고 물에 넣거나 젖게 하지 않도록 합니다. 셋째는 배터리가 비정상적으로 부풀어 올랐을 때는 사용을 즉시 멈춰야 합니다. 다만 배터리가 부풀어 오르는 ‘스웰링’ 현상이 간혹 나타나기도 하는데 배터리의 충방전이 반복돼 발생한 자연스러운 노화 현상으로 수명이 다 했다는 신호입니다. 이는 안전성과는 무관하고 단순히 용량이 감소돼 배터리 사용시간이 줄어든 것으로 새 제품으로 교체해 사용하면 됩니다.

Q:이차전지는 종류에는 어떤 것이 있나요?

A:이차전지는 재료에 따라 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬이온 전지 등이 있는데, 최근에는 리튬이온 전지가 주로 사용됩니다. 다른 전지보다 성능이 갑절 이상 뛰어나기 때문입니다. 쉽게 말해 리튬이온 전지를 다른 전지로 교체하게 되면 현재 크기의 갑절 이상 커지게 됩니다. 또한 리튬이온 전지는 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전을 하면 용량이 줄어드는 ‘메모리 효과’가 거의 없기 때문에 제품의 수명을 안정적으로 지켜줍니다.

Q:이차전지 기술이 발전하면 세상이 어떻게 달라지나요?

A:여러분이 사용하는 휴대폰 배터리는 기술이 발전함에 따라 점차 성능이 향상된 반면 크기는 점점 작아지고 있다는 걸 잘 알고 있을 겁니다. 휴대폰이 처음 등장했을 때는 군대 무전기처럼 엄청 크고 무거웠는데 대부분 배터리 때문이었습니다. 앞으로 크기도 더 작아지고 휘어지기까지 하는 배터리가 개발되면서 안경이나 손목시계와 같은 ‘웨어러블(몸에 입는)’ 제품에 사용될 겁니다. 이뿐 아니라 기존의 휘발유로 움직이는 자동차가 이차전지의 전기에너지에 의해 동력을 얻어 달리는 전기자동차가 늘어나면서 지금의 교통 환경을 친환경으로 바꿔 줄 겁니다.

주최:전자신문

후원:교육부·한국교육학술정보원

◇‘만화로 쉽게 배우는 전지’ 후지타키 카즈히로 지음. 성안당 펴냄.

이 책은 가상의 세계를 여행하며 전지의 구조를 쉽고 재미있게 풀어낸 해설서다. 화학식을 어려워하는 사람도 이해하기 쉽도록 만화로 구성, 전지에 흥미를 가지고 있는 이들이 전지의 구조나 원리를 배우는 데 유용한 길잡이가 될 것이다. 만화라는 특성상 가볍게 넘어갈 수 있는 전지에 대한 전문적인 내용을 각 장이 끝나는 부분에 심화학습으로 보다 깊게 다루고 있다. 우리가 손쉽게 사용하는 전지도 사용법을 모르면 수명이 짧아지고 발화나 화상을 입는 등 위험이 생길 수 있다. 개개 전지의 특성을 알고 사용한다면 더욱 오래 안전하게 사용할 수 있다.

◇‘생존의 법칙’ 차현배 지음. 북콘서트 펴냄.

책의 저자는 올해 창립 30주년을 맞이한 차현배 제이씨현시스템 회장이다. 30년의 사업 경험을 후배들과 공유하며 100년 가는 기업을 위한 경영 밑돌을 함께 고민하고 해답을 찾는 방향을 제시했다. 열정과 통찰력으로 기업의 기둥(필라)을 세우는 ‘필라’경영으로 30년, 60년 넘어 100년을 버틸 대들보를 만들어야 하는 이유를 설명했다. 또 그의 경험을 통해 돈과 눈먼 기술에 매이지 말라는 메시지가 담겨있다.

박태준기자 gaius@etnews.com